8.5 实验：验证机械能守恒定律 五种模型-2026-2027学年高一下学期物理人教版必修第二册

8.5实验：验证机械能守恒定律五种模型

模型一　落体法：打点计时器与纸带

【解题技巧】落体法用重物自由下落验证 mgh＝½mv²：打点计时器接交流电源，先接通电源再释放纸带，选第一、二点间距接近2mm的纸带。因等式两边都有m，不需要测重物质量，测量工具只需刻度尺。瞬时速度用中间时刻的速度等于该段平均速度求得，即 v＝(h_C－h_A)/(2T)。因阻力存在，重力势能减少量略大于动能增加量，属系统误差，减小办法是选密度大、体积小的重物。

1．用落体法，验证机械能守恒定律的实验装置如图所示。

(1)实验中打点计时器所接的电源是_________（选填“A”或“B”）。

A．直流电 B．交流电

(2)操作时，释放纸带与接通电源的合理顺序应是_________（选填“A”或“B”）。

A．先释放纸带，再接通电源 B．先接通电源，再释放纸带

(3)为了减小由于阻力带来的实验误差，应选用的重物是_________（选填“A”或“B”）。

A．质量为200 g的铁质重锤 B．质量为200 g的木球

(4)本实验__________（选填“需要”或“不需要”）测量重物的质量m。

(5)最后的结果发现重力势能的减少量略大于动能的增加量，请说出原因___________________________（一条即可）。

2．在“验证机械能守恒定律”的实验中，质量的重锤拖着纸带下落，在此过程中，打点计时器在纸带上打出一系列的点。在纸带上选取五个连续的点A、B、C、D和E，如图所示。其中为重锤开始下落时记录的点，各点到点的距离分别是、、、、。当地重力加速度，本实验所用电源的频率。（结果保留三位有效数字）

(1)打点计时器打下点D时，重锤下落的速度________。

(2)从打下点B到打下点D的过程中，重锤重力势能的减少量为__________，重锤动能的增加量为__________。

(3)在误差允许范围内，通过比较_______________________________就可以验证重锤下落过程中机械能是否守恒了。

3．如图所示，打点计时器固定在铁架台上，重物带动纸带从静止开始自由下落，利用此装置可验证机械能守恒定律。

(1)实验中需要测量物体由静止开始自由下落到某点时的瞬时速度v和下落高度h。某同学对实验得到的纸带，设计了以下四种测量方案。这些方案中合理的是_______。

A．用刻度尺测出物体下落的高度h，由打点间隔算出下落时间t，通过计算出瞬时速度v

B．用刻度尺测出物体下落的高度h，并通过计算出瞬时速度v

C．根据做匀变速直线运动时，纸带上某点的瞬时速度等于这点前后相邻两点间的平均速度，测算出瞬时速度v，并通过计算得出高度h

D．用刻度尺测出物体下落的高度h，根据做匀变速直线运动时，纸带上某点的瞬时速度等于这点前后相邻两点间的平均速度，测算出瞬时速度v

(2)安装好实验装置，正确进行实验操作，从打出的纸带中选出符合要求的纸带，如图所示。图中O点为打点起始点，且速度为零。选取纸带上打出的连续点A、B、C、……作为计数点，测出其中E、F、G点距起始点O的距离分别为，已知重物质量为m，当地重力加速度为g，计时器打点周期为T。为了验证此实验过程中机械能是否守恒，需要计算出从O点到F点的过程中，动能的增加量_______（用题中所给字母表示）。

(3)实验结果往往是重力势能的减少量略大于动能的增加量，关于这个误差，下列说法正确的是_______。

A．该误差属于偶然误差

B．该误差属于系统误差

C．可以通过多次测量取平均值的方法来减小该误差

D．可以通过减小空气阻力和摩擦阻力的影响来减小该误差

(4)某同学在实验中发现重物增加的动能略小于重物减少的重力势能，于是深入研究阻力f对本实验的影响。他测出各计数点到起始点的距离h，并计算出各计数点的速度v，用实验测得的数据绘制出图线，如图所示。图

像是一条直线，已知当地的重力加速度，由图线求得重物下落时受到阻力与重物所受重力的百分比为_______（保留两位有效数字）。

4．如图甲所示是某同学验证机械能守恒定律的实验装置，提供的器材如下：铁架台、电磁打点计时器、学生电源、导线若干、纸带、重锤、夹子．已知重锤的质量为，当地的重力加速度。

  

（1）该同学还应补充的实验器材是_______。

（2）该同学通过正确的实验操作得到的一条纸带如图乙所示，点对应重锤自由下落的初始位置，该同学从合适位置开始选取了三个连续的计数点间的距离已在图中标出．该同学选择段来验证重锤的机械能是否守恒，则他还只需________（填选项前的字母）。

A．测量段的长度    B．测量段的长度    C．测量段的长度    D．测量段的长度

（3）根据图乙中的纸带，可求得重锤在段重力势能减少了_________J。（结果保留三位有效数字）

（4）在某次实验中，该同学测得重锤下落的加速度为，则重锤和纸带（纸带的质量不计）下落过程中所受的平均阻力_________。

5．在“验证机械能守恒定律”的实验中，现有的器材为：带铁夹的铁架台、电磁打点计时器、纸带、重锤（带夹子）、天平、毫米刻度尺、50 Hz交流电源。回答下列问题：